初始场水汽通量在一次登陆台风降水模拟中的作用

用三维变分同化方法,通过同化加密地面观测资料和X波段雷达观测资料,研究初始场陆地侧水汽通量对台风“狮子山”登陆期间降水模拟效果的影响.结果表明,同化加密地面资料能够明显改进初始场陆地侧大气边界层的热动力场,通过减弱海-陆热力对比及陆地向登陆台风的大气边界层东北的水汽通量,改善登陆台风外围雨带影响下的沿岸陆地-海洋两侧地区降水的模拟效果. X波段雷达资料通过增强初始场中雷达探测范围内的低层大气水汽通量改善登陆台风外围雨带降水的模拟效果.

水汽通量散度分解在一次台风暴雨中的应用

作为表征异常降水的一个重要参数,水汽通量散度(Q v)根据亥姆霍兹定理被分解为三个分量,即旋转风引起的水汽平流(Q r)、辐散风引起的水汽平流(Q d)和气流辐合辐散造成的水汽通量散度(Q div)。以2018年18号台风温比亚造成的河南商丘和江苏徐州的强降水为例,分析了水汽通量散度分解后的三个分量的时空演变。结果表明:Q v仅能得到水汽聚集的情况,分解之后的分量可以更清楚地了解不同的降水时段内具体是哪些项起到了主导因素。总的Q v贡献主要来自于Q div,而降水的增强一般与Q r的正贡献对应较好,降水的减小往往是由于Q d的抑制作用引起的,未来将应用这种水汽通量散度分解方法有效改进台风降水落区的诊断和分析。

安吉毛竹林水汽通量变化特征及其与环境因子的关系

以浙江省安吉县毛竹(Phyllostachys edulis)林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术进行观测,获取2011年毛竹林的水汽通量数据,同时结合常规气象观测数据,分析了水汽通量全年变化。结果表明:毛竹林全年水汽通量基本为正值,月尺度上,水汽通量呈单峰型变化趋势,且各月的最大值均在12:00—14:00出现,呈现一定规律性,7月(0.1116 g m-2s-1)最高,12月(0.0209 g m-2s-1)最低;季节尺度上,夏季最高(0.0873 g m-2s-1),呈现典型单峰型变化趋势,春秋季(均为0.0541 g m-2s-1)次之,变化特征与夏季相似,冬季最低(0.0221 g m-2s-1),曲线变化复杂,波动较大。毛竹林全年蒸散量占全年降水量48.26%。2、4、5、11、12月蒸散量略大于降水量,其余月份蒸散量均小于降水量,6月份降水量与蒸散量差别最大。季节尺度上,对毛竹林水汽通量与净辐射进行回归关系分析,夏季最大,R2为0.6111,秋季为0.5295,春季为0.2605,冬季最小0.0455。通过F检验,水汽通量与净辐射有极显著线性关系。在植物生长期,毛竹林水汽通量随饱和水汽压差的增大而增大,植物发育成熟后,当饱和水汽压差增大到一定程度时,其增大反而抑制了水分的蒸散。

千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系

利用涡度相关技术研究了2004年千烟洲人工针叶林生态系统的水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射、温度、水分、热量等环境因子对水汽通量的影响。结果表明:全年各月各时刻的水汽通量大多为正值,夏季大于春秋两季,冬季最小。其中7月份为全年最高,日最大值达到0·149gm-2·s-1;1月份最低,日最高值仅为0·021gm-2·s-1。不同天气条件下(晴天和多云)水汽通量的日变化有明显区别。全年蒸散量为736·1mm,占总降水量(1323·6mm)的55·6%。除7月份和10月份外,各月的蒸散量都要小于降水,尤以3、4月份差别最大,2004年10月出现典型的秋旱,但蒸散量和常年相差不大。水汽通量对净辐射、气温、地温、以及土壤热通量的变化都有很好的响应,两种天气条件下都能达到显著水平,可以用一元二次方程表达其间的关系。逐步回归分析显示晴天和多云时入选的变量不完全相同,晴天主要是净辐射、温度(气温、地温)、水分(饱和水汽压差),多云时包括净辐射、地温、土壤热通量和水分(空气相对湿度、土壤含水量)。可见气象条件在很大程度上制约着水汽通量的变化,而以辐射和地温的影响最大。

太湖源雷竹林水汽通量变化及其对净辐射的响应

利用涡度相关观测技术研究了2010年10月至2011年9月浙江省临安市太湖源镇人工高效雷竹Phyl-lostachys violascens林生态系统的水汽通量变化特征,同时结合常规气象观测数据,分析了水汽通量对净辐射的响应。结果显示:雷竹林全年水汽通量基本为正值,夏季最高,春秋季变化特征相似,冬季最低,最高月份为7月,最低月份为1月。实验区全年降水量为1 201.72 mm,蒸散量为669.84 mm,蒸散量占全年降水量的55.74%,较人工针叶林,落叶松Larix gmelinii林,红松Pinus koraiensis林,柞树Xylosma racemosum林,杂木林,杉木Cunninghamia lanceolata林等,雷竹林蒸散量偏低。2月、10月和12月蒸散量略大于降水量,其余月份蒸散量均小于当月降水量,以6月份降水量与蒸散量差别最大。雷竹林水汽通量与当地净辐射有极显著的相关性,其相关系数为0.600～0.017。

玛曲地区5—10月水汽通量及强降水水汽来源分析

利用玛曲常规站1967-2008年24 h(20:00-20:00)降水资料、NCAR/NCEP月平均再分析资料,用NOAA HYSPLIT_4(混合单粒子拉格朗日积分)水汽轨迹模型,统计分析了玛曲地区5-10月的平均水汽输送通量和强降水水汽主要来源轨迹.结果表明玛曲地区5-10月水汽主要存在于400 hPa以下,各层中以700 hPa层中水汽最多,其次为500 hPa层.玛曲地区强降水水汽来源主要有两条路径,分别为西南水汽输送带与东南水汽输送带,同时玛曲地区5-10月逐月水汽追踪路径的变化间接反映了青藏高原逐月水汽变化的过程.

“0801南方雪灾”水汽通量与降水关系的SVD分析

利用2008年1月10日—2月2日的NCEP/NCAR逐日风场、比湿、地面气压资料以及中国地面国际交换站194站的逐日降水资料,分析我国"0801南方雪灾"期间水汽通量场的特征,结果表明我国南方是整层水汽通量及其散度的高值区。用奇异值分解(SVD)方法,分析了水汽输送通量异常场和降水异常场之间的关系,揭示出两对统计显著且天气意义清晰的耦合模态。其中,第一对模态的方差贡献率为81.50%,相应左、右奇异向量时间系数的相关系数为0.80,主要描述源自孟加拉湾及南海的西南风水汽输送异常增强并在我国川、滇、黔交界处及粤、闽、赣一带辐合时,长江以南大部分地区多雨;第二对模态方差贡献率为8.80%,相关系数为0.64,主要描述当中国大陆东部有源自西太平洋的水汽输送异常增强并在广西-浙江沿线区域辐合时,长江中下游流域多雨,但华南三省(广西、广东和福建)少雨。

MODIS水汽通量估算方法在华北平原农田的适应性验证

利用遥感手段估算区域水汽通量对研究区域气候变化及生态系统功能评价颇具意义.但是由于估算模式涉及时空差异很大的地表特征参数很难完全通过遥感数据获得,因此MODIS水汽通量数据产品(MOD16)至今尚未问世.本研究以中科院禹城综合实验站2002年4～5月份冬小麦田的涡度相关实测水汽通量为标准,验证MOD16算法所估算的农田水汽通量,结果表明直接使用MOD16算法计算的麦田水汽通量比实测水汽通量平均偏大近20%.对其中的作物三基点温度、空气动力学阻抗计算方法和植被覆盖度进行修正,修正后的MOD16计算结果和实测值非常吻合,1∶1曲线斜率为0.9706,相关系数R2为0.8845.这为利用MODIS数据大面积估算农田水汽通量提供了科学依据.

风廓线雷达资料反演雨滴谱和水汽通量的研究

对2010年7月20日南京浦口地区发生的一次强降水过程,用WP-3000风廓线雷达反演了其雨滴谱分布和垂直水汽通量。并对雨滴谱进行了M-P指数拟合,求得了降水前期、中期、后期和即将停止时的浓度参数n0和尺度参数λ随高度的变化。同时利用该雷达反演了这次降水过程的回波强度、折射率结构常数和信噪比时间序列图,发现三者有很好的对应关系。结果显示:(1)n0和λ随着降水的发展而发生变化,n0在降水达到最强之前达到最大值,λ在降水最强时出现最小值;(2)n0在大气低层波动比高层明显,λ则在整层少有波动;(3)雨滴大小,随雨强的变化而变化,小雨滴数量多于大雨滴,但影响雨强的主要是大雨滴;(4)整个降水过程中近地面垂直水汽通量处在不断变化之中,但在雨后,表现为水汽向上输送。

9403号强热带风暴水汽通量非对称研究

用实测资料对9403号南海强热带风暴(简称TC,以下同)登陆前后的物理结构变化作了分析,对其水汽通量、动力学等特征量进行了计算.研究结果表明:TC的水汽通量分布不对称,辐合主要在边界层中,辐合最大值出现在TC登陆前南半圆边界层附近;风速分布不对称,气旋性切向风大值区位于TC东半圆;风速垂直切变随TC加强而减弱.强流入位于TC南半圆400 hPa以下,流入大值区在850 hPa附近;高层反气旋流出在150～100hPa层附近,流出主要位于TC北半圆.TC垂直运动分布不对称,上升最大值出现在南半圆.TC整个生命期均具有暖心结构,300hPa附近增暖最明显.

基于最小二乘支持向量机的农田水汽通量建模

支持向量机是在统计学习理论基础上发展起来的一种新型的机器学习方法,已在模式识别、非线性建模等领域中得到了应用．本文将最小二乘支持向量机方法应用于农田水汽通量的建模中,并同前馈反向传播神经网络的建模性能进行了比较．结果表明,最小二乘支持向量机方法具有可调参数少、学习速度较快等优点,具有更好的推广能力,以更高的精度建立农田水汽通量模型．模型的敏感性分析进一步显示,用最小二乘支持向量机方法建立的农田水汽通量模型是合理可行的．

中国邻海海-气热量、水汽通量计算和分析

使用长年代、高质量海洋气象观测资料，选用适合研究海域的计算参数，按２°×２°网格计算了中国邻海（黄、渤、东、南海及１４０°Ｅ以西西北太平洋）辐射平衡和海－气热量、水汽通量，讨论了它们的年、月分布和时空变化，并以海面热量净收支为主要指标进行了海洋气候区划．

宁夏春季降水及其典型年份水汽通量特征分析

选用1961—2006年宁夏19个主要站降水量分析宁夏春季降水的气候特征,得出其存在16a左右的长周期和8a左右的短周期,但年际、年代际变化特征不明显。宁夏春季降水量与春季首场透雨出现日期存在显著的负相关关系,春季如果出现首场透雨,其降水量对整个春季降水量贡献很大。研究春季降水典型旱涝年850—700hPa水汽通量场的分布,发现影响宁夏春季降水的水汽有两支,一支是来自于孟加拉湾洋面上向东北方向输送的水汽,一支是从里海沿我国新疆地区向东输送的水汽,典型涝年这两支水汽带汇合区域明显向北抬,且汇合区域大,中心值大;典型旱年这两支水汽带汇合区偏西、偏小,中心值也较平均年减小。典型旱涝年水汽通量在u方向差别不大,但在v方向上呈反位向分布,典型涝年宁夏为正距平控制,典型旱年为负距平控制。

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。

湿地生态系统CO_2净交换、水汽通量及二者关系浅析

湿地生态系统碳循环是陆地碳循环研究中的重要组成部分,对于全球变化具有重要意义。水汽通量是影响湿地生态系统碳循环最重要、最基本的生态因子之一,与湿地生态系统CO2净交换密切相关。本文在总结湿地生态系统CO2净交换与水汽通量变化基本规律及其主要影响因子的基础上,从宏观和微观2个方面分析二者之间的内在关系。从宏观上看,湿地生态系统本身的特点决定了CO2净交换与水汽通量之间必然是相互影响、相互制约的;就微观而言,叶片尺度上的气孔行为是水分蒸腾和净碳通量这两个生理生态过程相互联系的纽带。最后,对湿地生态系统CO2净交换与水汽通量关系的研究方向提出展望。

不同下垫面热通量和水汽通量的数值计算

发展了一个裸露土壤的参数化数值计算方法，检验了土壤物理参数对土壤－大气界面热通量和水汽通量计算的敏感性。结果表明，土壤湿度是最重要的土壤特征参数，它直接控制着地表面与大气之间水、热通量的输送强度和热量平衡。

Q矢量及水汽通量散度在青海省1999年8月4日大降水中的释用

本文利用1999年8月4日到8月6日实时高空资料,通过计算300hPa,500hPa,700hPa各层次的Q矢量和水汽通量散度,对本省8月5日凌晨开始出现的一次大降水过程中Q矢量湿锋生函数和Q矢量散度场及水汽通量散度场的变化情况进行了分析,得出Q矢量湿锋生函数、Q矢量散度场及水汽通量散度场对高原锋生、降水系统的发展及未来降水落区有一定的指示意义,可作为将来预报本省大降水的一些参考依据。

天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量特征

利用涡度相关技术研究了2013年7月至2014年6月浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射对水汽通量的影响。结果表明:浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统全年水汽通量基本为正值,各月水汽通量日变化趋势基本呈单峰型曲线,7月水汽通量峰值最大(0.115 g·m-2·s-1),1月最小(0.029 g·m-2·s-1)。四季的水汽通量平均日变化中,峰值的大小为夏季>春季>秋季>冬季。生态系统全年蒸散量为721.25 mm,在相近纬度的不同类型森林生态系统中处于较低水平,全年蒸散量占降雨量的51.46%,各月蒸散量均小于降雨量。生态系统全年净辐射为3 305.65 MJ·m-2·a-1。季节尺度上,对生态系统水汽通量与净辐射进行回归分析,显示四季的相关性都极显著。夏季相关系数(R2)最大,为0.500,其次为春季(0.318),秋季(0.232),冬季最低(0.125)。

神农架大九湖泥炭湿地水汽通量特征及生态意义

采用涡度相关法对神农架大九湖泥炭湿地生态系统2015年8月至2016年7月的水汽通量进行观测,研究了大九湖湿地水汽通量的变化规律及其主要环境影响因子。结果表明:大九湖湿地水汽通量具有明显的日变化和季节变化,均呈单峰曲线,即在月尺度上,日变化范围为-0.63(5月份)~6.95(7月份)mmol/(s·m^2),白天变化幅度较大,夜间基本维持在0左右,在季节尺度上,夏季日变化最为明显,冬季最弱,生态系统整体表现为水汽源;大九湖湿地全年蒸散量(1 133.88mm)占降雨量(2 096.97mm)的54.07%,表明降雨量能满足目前生态系统的需求;大九湖湿地水汽通量主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的共同影响,即湿地春、夏、秋、冬四季水汽通量与Rn两者拟合的R^2值分别为0.682 3、0.753 4、0.638 4、0.284 7,均优于其他研究区域,可能与泥炭湿地常年积水以及亚高山地区辐射较强有关;大九湖湿地植物主要生长季内(6~9月份)水汽通量与VPD的相关性分析显示,在泥炭藓生长季初期和末期(6、7、9月份),其叶片易受到水分胁迫,水汽通量随VPD先增加后减小,而在泥炭藓生长季中期(8月份),其发育成熟,水汽通量随VPD的增加而增大,两者的拟合效果也达到最佳(R^2=0.408 4)。该研究结果可为该区域水热评估及气候预测提供基础数据。

T_(106)产品中700hPa垂直速度和水汽通量与塔城大降水关系的探讨

对塔城盆地1998～1999年15个大降水个例进行了诊断分析,发现T106产品中700hPa垂直速度和水汽通量与塔城盆地大降水量级呈正相关,并给出了定量预报指标。